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Sensori distribuiti di temperatura a basso costo ed alte prestazioni basati su effetto Raman ed OTDR codificato. G. Bolognini 1 , F. Di Pasquale 1 , J. Park 2 , P. Kim 2 , D. Lee 2 , and N. Park 2 Scuola Superiore Sant’Anna, Pisa Seoul National University email: [email protected]. - PowerPoint PPT Presentation
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Ischia, 21-23 giugno 2006Riunione Annuale GE 2006
Sensori distribuiti di temperatura a basso costo ed alte prestazioni basati su effetto Raman ed
OTDR codificato
G. Bolognini1, F. Di Pasquale1 , J. Park2, P. Kim2, D. Lee2, and N. Park2
(1) Scuola Superiore Sant’Anna, Pisa(2) Seoul National University
email: [email protected]
Ischia, 21-23 giugno 2006Riunione Annuale GE 2006
Introduzione
Sviluppo di sensori di temperatura distribuiti basati su effetto Raman in
fibra ottica ed OTDR codificato
Sensori di Temperatura Distribuiti (DTS) basati su: Raman, Brillouin + OTDR
Raman DTS: + T sensitive, - backscattered power, + PIN (~1 W)
Brillouin DTS: - T sensitive, + backscattered power, + PIN, + complex detection
OTDR codificato migliora SNR al ricevitore (+ resoluzione, + sensitivity, - potenza)
Idea chiave :
Utilizzare codoci Simplex in Raman DTS riduzione della PIN
migliori prestazioni a costo inferiore
(OTDR: Optical Time Domain Reflectometer)
Ischia, 21-23 giugno 2006Riunione Annuale GE 2006
Schema del sensoreSchema del sensore
DSP PC
ADC
LD driver
TIAAPD
BPF
Fiber A Fiber B Fiber C10 km 1.7 km 20 km
TCCFP-LD sig IN
sig OUT
Scheda per ODTR standard e codificato (Codici Simplex)
Laser FP-LD (10 nm FWHM), potenza di picco: 80 mW
Singoli impulsi OTDR da 100 ns
31.7 km standard SSMF, 1.7 Km SSMF (entro camera climatica)
BPF selezionano Anti-Stokes e backscatting della pompa
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
FP
-LD
out
put p
ower
[A.U
.]
Time [x 100ns]
1st code among 63 S-codes
FP-LD OUTPUT
CODIFICATO
Ischia, 21-23 giugno 2006Riunione Annuale GE 2006
Tracce ODTR
0 5 10 15 20 25
17
18
19
20
21
22
Po
we
r va
ria
tion
[d
B]
Distance [km]
Rayleigh Scattered Trace 300K+300K+300K 300K+330K+300K
No temperature dependence
~ 40 dB below input peak power
180000 avg no.
TRACCIA OTDR DELLA POMPA (BACKSCATTERING)
OTDR CONVENZIONALE
Ischia, 21-23 giugno 2006Riunione Annuale GE 2006
Tracce ODTR
0 5 10 15 20 255
6
7
8
9
10
11
12
Pow
er v
aria
tion
[dB
]
Distance [km]
Anti-Stokes (conventional) 300K+300K+300K 300K+330K+300K
0 5 10 15 20 255
6
7
8
9
10
11
12
Po
we
r va
ria
tion
[d
B]
Distance [km]
Anti-Stokes (63-bit S-code) 300K+300K+300K 300K+330K+300K
TRACE OTDR POTENZA DI ANTI-STOKES RAMAN
OTDR CONVENZIONALE OTDR CODIFICATO
traccia mediata 180000 medie
traccia decodificata 2857 medie per singolo codice 180000 medie (in totale) Forte dipendenza dalla temperatura
traccia ~30 dB sotto il backscattering della pompa Miglioramento SNR con codici (stesso n. di medie)
Ischia, 21-23 giugno 2006Riunione Annuale GE 2006
Distribuzione di Temperatura
5 10 15 20 25200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
Te
mp
era
ture
[K
]
Distance [km]
Conventional DTS 63bit S-code DTS
Analisi delle tracce R(T)=PAS/ PS :
In intensity ratio, SNR limitation come from Anti-Stokes trace
Risoluzione in T: 2 K con OTDR codificato, 10 K con OTDR convenzionale
Spool B
-1
( ) exp 1 (1)R
B
hR T
k T
Ischia, 21-23 giugno 2006Riunione Annuale GE 2006
Risoluzione in Temperatura (rms)
0 5 10 15 20 25 300
5
10
15
20
25
30R
MS
Te
mp
era
ture
Re
so
lutio
n [K
]
Distance [km]
Conventional DTS 63bit S-code DTS Exponential Fit
La risoluzione in T utilizzando RMS delle variazioni di intensità
RISOLUZIONE IN TEMPERATURA (RMS)
Risoluzione 5 K 5 Km con OTDR convenzionale, 17 km con codici Simplex
